? ? ? ?中開式雙吸泵葉輪的制造對水力性能有哪些影響？在葉輪的制造過程中，葉輪的出口處都會進行斜切割處理，雙吸泵的水力性能和脈動特性與葉輪出口傾斜切割角密切相關(guān)。盡管增加葉輪和蝸殼之間的徑向間隙可以減少泵的壓力脈動，但也會影響泵的流量。因此，在考慮泵的效率和穩(wěn)定性的前提下，尋找極佳的葉輪出口斜切角對于雙吸泵的節(jié)能降耗和安全運行具有重要意義。因此，使用CFX軟件模擬具有三個不同切割角的雙吸式泵，并從外部特性和內(nèi)部流場等方面分析了不同傾斜切割角對泵整體性能的影響，從而提供了為雙吸泵的設(shè)計和優(yōu)化提供一些參考。

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一，計算模型

1.幾何參數(shù)和網(wǎng)格劃分

? ? ? ?本文的計算模型為雙吸泵，流量Q = 8100m3 / h，揚程H = 48m，葉片數(shù)Z = 6，葉片交錯布置，轉(zhuǎn)速n = 990rpm。計算域包括一個吸入室，一個葉輪和一個壓力水室。使用非結(jié)構(gòu)化的四面體網(wǎng)格劃分網(wǎng)格，并在葉片的頭部和尾部以及壓力室的舌部進行加密。計算域如圖1所示。檢查網(wǎng)格獨立性時，水頭的相對誤差小于0.5％時，可以認(rèn)為網(wǎng)格對計算結(jié)果沒有影響。最后，確定計算中使用的網(wǎng)格總數(shù)為340萬。

2.邊界條件設(shè)定

? ? ? ?采用速度入口條件來計算現(xiàn)場入口，出口是給定的出口壓力。在二階迎風(fēng)方案中都采用了速度項，湍動能和湍流粘度系數(shù)。對于近壁區(qū)域，湍流模型通過標(biāo)準(zhǔn)壁函數(shù)進行了修改，收斂精度為10-5。

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3，葉輪斜切結(jié)構(gòu)

? ? ? ?一般來說，不允許葉輪出口沿相反方向切割。如果前蓋傾斜，則會降低泵的揚程，流量和效率，并且對提高經(jīng)過測試的揚程曲線的穩(wěn)定性沒有好處。向前切割時，泵的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，葉輪前蓋板的半徑保持不變，并且通過從前蓋板的出口向后方的方向傾斜切割不同的角度來建立三種方案如圖2所示，分別為β= 0°，12°和18°。如圖所示，切割前的葉輪直徑為D2，切割后的葉輪直徑為D“ 2，切割后角度為β。假定將葉輪的外徑切成V形的D“ 2。

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4.控制方程和湍流模型

? ? ? ?雷諾平均動量方程用于描述泵中不可壓縮的流量。選擇圖片模型作為湍流模型。該模型的主要優(yōu)點如下：考慮到大規(guī)模分離對壁面的影響，它可以有效地處理高應(yīng)變率和大流線彎曲度的流動，因此在預(yù)測三階流變時可以獲得良好的結(jié)果。流體機械中的三維非定常流動。

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二，計算結(jié)果分析

1.不同葉輪出口斜率的泵的外部特性

使用CFX軟件對上述三個出口角不同的葉輪進行數(shù)值預(yù)測，得到泵的外部特性曲線，如圖3所示。

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可以看出：在相同的切削角度下，泵頭隨流量的增加而單調(diào)減小，而效率先增大后減小，這與常規(guī)泵的外部性能基本吻合。當(dāng)葉輪切割角從0°增大到18°時，泵壓頭在整個流量區(qū)域依次減小，并且沒有駝峰；效率先升高后降低，極大效率值出現(xiàn)在12°左右，大流量下極大效率點明顯降低。為了進一步說明上述現(xiàn)象，圖4顯示了在設(shè)計條件下葉輪流場中不同切角的湍動能分布。

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湍動能是指由流體的機械能轉(zhuǎn)換或消散為流體的內(nèi)能的部分能量。克湍流動能越大，湍流渦旋就越強烈。從圖4可以看出，當(dāng)切削角為12°時，葉輪出口外緣的湍動能最弱，而當(dāng)切削角為18°時，葉輪出口處的湍動能相對較大。 。從葉輪出口流到蝸殼的流體產(chǎn)生的較大的湍動能不可避免地會在葉輪的外邊緣和舌頭之間產(chǎn)生較大的能量沖擊，從而在此處造成流動紊亂，進而導(dǎo)致泵效率降低。因此，結(jié)合葉輪的外部特性和流場信息，可以認(rèn)為，當(dāng)切削角為12°時，泵的液壓性能相對較好。

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2.不同葉輪出水斜率的水泵壓力脈動特性

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研究表明，通常通過切割不同傾斜度的葉輪來改變出口與蝸殼舌之間的徑向間隙，從而影響整個泵的壓力脈動強度。為了進一步探討其影響，研究了靠近舌頭的兩個監(jiān)測點S1（位于葉輪的出口）和P1（位于蝸殼內(nèi)）。監(jiān)視點如圖5所示。

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數(shù)據(jù)采樣時間被計算為接下來的四個旋轉(zhuǎn)周期穩(wěn)定。雙吸泵的軸頻率和葉片頻率為：

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圖6和圖7分別是在1.0Qo的工作條件下，每個測量點在不同的切線斜角下的壓力變化的時域和頻域圖?？梢钥闯?，測量點P1和S1的壓力脈動頻率分別由雙葉片頻率和軸頻率決定。當(dāng)切削角繼續(xù)增大時，測量點P1的主頻率處的振幅會緩慢減小，這表明蝸殼中的轉(zhuǎn)子-定子干涉的傳遞對葉輪出口結(jié)構(gòu)的影響相對不敏感。然而，在此過程中，測量點S1處的軸頻脈動幅度連續(xù)減小，這表明隨著葉輪出口斜切角的增加，舌部附近的湍流特性減小。原因與葉輪出口和蝸殼舌之間的轉(zhuǎn)子-定子相互作用弱有關(guān)，這是由于葉片出口處的徑向間隙較大所致。詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。如圖8所示，根據(jù)在1.0Qo處不同斜切角時Z = 0處的橫截面壓力分布，隨著切角的增加，葉輪出口處的高壓區(qū)域增大蝸殼內(nèi)部均勻擴散，壓力差逐漸減小，脈動也減弱。

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綜上所述，當(dāng)葉輪出口切角為12°時，不僅泵效率提高，而且壓力脈動也相對減弱?？紤]到泵的效率和脈動特性，認(rèn)為12°是泵的葉輪出口的最合適角度。

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基于以上結(jié)論，通過大量雙吸泵模型流場的數(shù)值模擬，并與實測數(shù)據(jù)進行比較，得出了極佳的葉輪外徑切削比，極佳的葉輪徑向游隙比和葉輪出口斜切角β為三個計算出常用的具有特定轉(zhuǎn)速的雙吸泵，如表2所示。

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可以看出，隨著泵的比轉(zhuǎn)速的增加，葉片通道逐漸變寬。此時，需要較大的切削角度（即，舌隙）以減弱轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子干擾之間的相互作用。如果滿足三個指標(biāo)中的任何一個，就可以實現(xiàn)葉輪出口結(jié)構(gòu)的改進和優(yōu)化。盡管斜切割后葉輪出口的頭部會略微減小，但合理的切割將帶來高效，穩(wěn)定的水泵運行條件。因此，在實際工程應(yīng)用中，建議在切割葉輪時采用斜切割的方法，可以在很大程度上提高泵的水力性能和運行的穩(wěn)定性。

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三，結(jié)論

1.從CFD流場模擬的角度，比較和分析了在三個葉輪出口傾斜的情況下，特定轉(zhuǎn)速ns = 200的雙吸泵的水力性能。發(fā)現(xiàn)極高效率發(fā)生在切割角為12°的位置，并且認(rèn)為在該位置處的葉輪內(nèi)部流場的外邊緣中的湍動能的損失相對較小。

2.泵舌附近的壓力脈動隨著切削角的增加而減小，這被認(rèn)為與切削葉輪出口和弱定子/定子引起的葉輪和蝸殼舌之間的間隙增加有關(guān)。 兩者之間的相互作用。 考慮到效率和脈動特性，認(rèn)為12°是泵葉輪出口的最合適角度。

3.基于大量的數(shù)值模擬和實測結(jié)果，給出了三種常用的比速雙吸泵的極佳葉輪切割角度，并建議采用斜切割的方法在工程應(yīng)用中切割葉輪。